Курсовая работа: Экологический мониторинг нефтяных загрязнений
— атмосферных осадков,
— видимости,
— высоты нижнего края облачности.
Основа подводной части подсистемы гидрометеорологического мониторинга — заякоренный автоматический профилирующий комплекс «Аквазонд» (см. рис. 2) — своего рода морской грузовой лифт. Этот прибор перемещает полезный груз — измерительную аппаратуру, передвигаясь по тросу, натянутому вертикально между подповерхностной плавучестью и донным якорем. В отличие от традиционных буйковых постановок с размещением приборов на фиксированных горизонтах, в данном случае измеряются непрерывные вертикальные распределения (профили) параметров среды и биоты, что позволяет точно оценивать как дифференциальные, так и интегральные характеристики этих распределений. Наряду с этим носитель может останавливаться — «зависать» на нужное время, чтобы произвести измерения на заданных горизонтах. Передача данных с «Аквазонда» осуществляется по ходовому тросу с помощью магнитных модемов и далее по кабелю или по подводному гидроакустическому каналу в подсистему информационного обеспечения на нефтедобывающей платформе.
Подсистема мониторинга присутствия нефтяных загрязнений в морской среде обеспечивает:
- обнаружение утечки и присутствие нефти на водной поверхности на расстоянии до 100 м от нефтяной платформы (с возможностью количественной оценки обнаруженной утечки) посредством лидара и от 100 м до 2-3 км с помощью радиолокационной станции;
- обнаружение маломерных плавсредств в радиусе 5-7 км и контроль за надводной обстановкой в зоне морской нефтедобывающей платформы в радиусе 12-14 км (в зависимости от высоты установки и балльности моря) посредством радиолокационной станции.
Нефть и нефтепродукты интенсивно флуоресцируют при возбуждении светом ультрафиолетового диапазона, причем спектры флуоресценции разных типов нефтепродуктов существенно различаются по интенсивности и форме. Нефтяные загрязнения на поверхности моря можно обнаружить и идентифицировать посредством флуоресцентных лидаров.
В результате большой методической работы было показано, что лидар может не только обнаруживать загрязнения нефтепродуктами вокруг платформы, но и позволяет оценивать толщину нефтяной пленки, давая тем самым возможность количественной оценки обнаруженной утечки.
Для обнаружения нефтяных пленок на расстояниях более 100 м от платформы предлагается использовать радиолокационную станцию. При утечке нефти на поверхности воды образуются пленки, которые влияют на поверхностные волны, в частности, уменьшают энергию волн, их дисперсию и крутизну наклонов. Сглаженная пленкой поверхность воды отражает падающие на нее электромагнитные волны в сторону от антенны радиолокатора. Отразившись от выглаженной поверхности, радиоволны не возвращаются к радиолокатору, и участок, покрытый пленкой, отображается на мониторе радиолокатора черным тоном.
Специальная радиолокационная станция для обнаружения протяженных слабоконтрастных нефтяных пленок существенно отличается от навигационных радаров, предназначенных для обнаружения локализованных сильноконтрастных мишеней (суда и другие объекты). У сильноконтрастных объектов эффективная площадь рассеяния составляет 10-1000 м2, у низкоконтрастных — 0,01-0,1 м2. Специализированный радиолокатор использует когерентный приемо-передатчик и новые технологии сверхвысокочастотных антенн, благодаря чему удается на два порядка сократить время формирования изображения для обнаружения нефтяного пятна и снизить уровень фоновых помех. Преимущество такого радара также в низком уровне излучения, что позволяет устанавливать радар вблизи помещений, где находятся люди.
Подсистема геодинамического мониторинга предназначена для регистрации данных:
- о развитии процесса растрескивания твердой среды, признаках разрушения среды, выраженных в появлении микроземлетрясений, спровоцированных перераспределением порового давления;
- об изменениях углов наклона, наклонных перемещениях и колебаниях морской нефтедобывающей платформы с выработкой сигнала тревоги при превышении значения ускорения заданного порога.
В различных нефтегазоносных акваториях Мирового океана, в том числе на шельфах окраинных морей, зарегистрированы аномальные геодинамические события на разрабатываемых месторождениях углеводородов в форме деформаций и просадок, природно-техногенной сейсмичности, современной активизации разломов, горизонтальных смещений массивов горных пород, которые приводили к серьезным негативным промышленным и экологическим последствиям. Прогнозирование этих событий и снижение масштабов их последствий является актуальной практической задачей.
На первом этапе организации работ по геодинамическому мониторингу на шельфе в качестве базовых методов используются:
— режимные сейсмологические наблюдения с использованием донных сейсмостанций, а также наземных пунктов, расположенных на прилегающей суше;
— методы пассивной эмиссионной сейсмической томографии (шумовой 3D-локации), которые позволят оценивать состояние поля напряжений в объеме изучаемого месторождения углеводородов;
— геомеханическое моделирование последствий разработки месторождений.
В состав подсистемы геодинамического мониторинга входят три донных сейсмографа, помещаемых в герметичные прочные корпуса, располагающиеся на дне акватории на расстоянии примерно 300-500 м от платформы и содержащие блоки сейсмических датчиков с выносными гидрофонами. Сейсмометрические каналы донных сейсмических станции обеспечивают непрерывное измерение трех компонент скорости смещения морского дна в ортогональных друг к другу направлениях (одного вертикального и двух горизонтальных).
На нефтедобывающей платформе размещаются следующие датчики:
— прецизионный наклономер;
— трехкомпонентный акселерометр;
— микропроцессорная система обработки информации.
Трехкомпонентный акселерометр должен непрерывно регистрировать ускорение колебаний платформы с выработкой сигнала тревоги при превышении значения ускорения заданного порога. Инклинометр предназначен для измерения малых углов наклона, наклонных перемещений и низкочастотных колебаний нефтедобывающей платформы.
Подсистема работает в автоматическом режиме. Интерактивный контроль состояния измерительной аппаратуры с использованием соответствующего программного обеспечения рекомендуется проводить ежедневно. Регламентные работы необходимо проводить 2 раза в год. Они включают подъем донных сейсмографов для очистки от обрастания гидрофонов, размыкателей, притопленных буев и корпусов донных станций; контроль и калибровку датчиков; установку сейсмографов на место (выполняется с маломерного судна); контроль и калибровку наклономера и акселерометра.
Подсистема мониторинга состояния объектов недропользования с судна предназначена для обнаружения и идентификации загрязнений нефтепродуктами на поверхности и в приповерхностном слое морской воды на удалении от нефтедобывающей платформы, а также для оценки содержания взвешенного вещества и его вертикального распределения в водной толще от поверхности до дна.
Выполнение этих задач может быть обеспечено оптическими приборами, — прозрачномером и флуориметрами, а также телеуправляемым подводным аппаратом (ТПА), оснащенным поворотными видеокамерами с осветителями.
В ИОРАН разработан погружаемый измеритель показателя ослабления света и температуры воды — прибор ПУМ (прозрачномер универсальный малогабаритный), предназначенный для исследования в режиме вертикального зондирования. Прибор может работать как в автономном режиме, так и в режиме реального времени.
Для выявления нефтяных загрязнений в водной толще предлагается использовать зонды-флуориметры, специально предназначенные для регистрации подобных загрязнений в морской среде.
Детальное обследование трубопроводов с одновременным определением их координат и картографированием расположения выполняются с использованием буксируемой аппаратуры и ТПА. ТПА двигается вдоль трубопровода, и операторы на судне фиксируют техническое состояние трубопровода (места провисания, нарушения гидроизоляции, состояние протекторов электрохимической защиты, состояние обрастания и т.д.).
Подсистема спутникового мониторинга нефтяных загрязнений в первую очередь должна опираться на радиолокационные спутники. Она может обеспечить:
- обнаружение нефтяных пятен и источников их происхождения на обширной акватории,
- оценку направления и скорости перемещения нефтяных пятен.
Спутниковые радиолокационные наблюдения дают возможность получать одновременные изображения всей контролируемой акватории с пространственным разрешением до нескольких метров регулярно в течение многих лет.
Более широкое применение спутниковых методов с использованием сканеров цвета, ИК-радиометров, альтиметров и скатеррометров позволяет оценивать концентрации взвеси и хлорофилла, первичную продукцию в приповерхностном слое моря, а также температуру поверхности моря, скорость и направление приводного ветра, аномалии уровня морской поверхности. Спутниковые наблюдения обеспечивают регулярную последовательность пространственных распределений каждого из вышеуказанных параметров и позволяют своевременно обнаруживать происходящие изменения и выявлять их причины. Спутниковые наблюдения дают возможность отслеживать источники обнаруженных загрязнений и тем самым отличать загрязнения, обусловленные нефтегазодобывающей деятельностью, от загрязнений, не связанных с такой деятельностью.
Следует отметить, что спутниковый мониторинг, при всех своих достоинствах, не может по многим причинам заменить наблюдения, проводимые с платформы или судна; разработанная система комплексного многоуровневого мониторинга предполагает их оптимальное сочетание.
Основным предназначением подсистемы информационного обеспечения является сбор и обработка данных от различных подсистем наблюдений (стационарной, судовой, спутниковой), анализ полученной информации и передача созданной на его основе информационной продукции корпоративным органам управления промышленной и экологической безопасностью и государственным органам управления природопользованием и охраной окружающей среды.
В информационную продукцию целесообразно включать следующие сведения:
— оценку техногенного воздействия, прогноз возможных негативных изменений в соответствующих элементах природной среды и природном комплексе в целом;
— рекомендуемые мероприятия, снижающие и локализующие отрицательные последствия антропогенной деятельности.
Функционирование информационной подсистемы должно осуществляться в двух режимах: оперативном — on-line и в режиме получения обобщенной информации.
В то же время корпоративных информационных ресурсов часто бывает недостаточно для оценки и прогноза состояния и загрязнения морской среды в районах проведения работ. Это обусловлено лабильностью морских экосистем, находящихся под воздействием природных и антропогенных факторов, таких, как речной сток и поступление загрязняющих веществ с речными водами, водообмен с открытой частью моря. Недостаток информации может быть восполнен проведением наблюдений на Государственной наблюдательной сети, подведомственной Росгидромету. Интеграция корпоративного и государственного экологического мониторинга может рассматриваться как региональная система экологического мониторинга.
Для устойчивого функционирования информационной подсистемы предполагается оснащение аналитического центра, выполняющего также функции оператора оборудованием для приема и передачи информации по спутниковым каналам связи, а также приобретение ГИС- и WEB-технологий управления данными, интеграции информационных ресурсов, анализа и визуализации поступающей информации. Аналогичное оборудование и программное обеспечение целесообразно установить в специализированном центре мониторинга в компании, ведущей разработку месторождения.
3. Станция экологического мониторинга СЭМ – 1
Осложнения в нефтедобыче могут привести к загрязнениям атмосферы, почвы, воды. Для комплексной оценки экологического воздействия существуют стационарные и передвижные станции экологического мониторинга [1,2]. В России выпускаются станции "САФ", "ГИДРОТЕСТ", Атмосфера-11, "InterANALIT", АНКОС-АМ, СОЭМ, передвижная химико-радиометрическая лаборатория АО "НПО Химавтоматика", станция экологического мониторинга ИПЦ "Геокомплекс" и ряд других на базе автомобилей ГАЗ-66, Газель, УАЗ, Камаз, Урал. Аналогичного назначения станции выпускаются за рубежом, например, "ZEISS" (Германия), "NEOLAB" (Италия). Данные отечественные и зарубежные станции специализируются на оценке определенных экологических параметров либо в промышленной зоне, либо жилой зоне. Это контроль или атмосферы, или воды, или грунта.
При выборе станции для работы в условиях нефтяного промысла, помимо экономических показателей, руководствуются тем, что она должна отвечать следующим требованиям:
- автономность;
- обеспечение жизнедеятельности обслуживающего персонала в любое время года в районе эксплуатации;
- проходимость в условиях бездорожья;
- контроль и оценка большого количества метеорологических и экологических параметров атмосферы, водного бассейна, почвы в промышленной и жилой зонах;
- возможность на основе получаемых параметров поддерживать информационную базу данных;
- иметь сертифицированное оборудование и приборы не требующие больших затрат на поверку;
- обладать высокой ремонтопригодностью.
В полной мере ни одна из серийно выпускаемых станций предъявленным требованиям не отвечала.
Для удобства и оперативности получения сведений об экологической обстановке большого района, включающего жилые промышленные объекты, Инжиниринговой компанией "Инкомп-нефть" разработана и изготовлена специализированная автомашина "СЭМ-1" (Станция экологического мониторинга) по ТУ 452160-45213414-01.
Станция представляет собой автомобиль КАМАЗ (разработан вариант и на базе автомашины Урал), в кузове которого установлена многоцелевая универсальная модульная лаборатория, оснащенная приборами и оборудованием для отбора и анализа проб воды, воздуха почвы, метеорологических параметров.
Приборный комплекс СЭМ-1 состоит из отдельных функциональных блоков, которые можно объединить в следующие группы:
- комплекс приборов и оборудования для отбора и анализа проб воздуха, воды, почвы.
- метеостанция (измерение температуры, влажности воздуха, атмосферного давления, скорости и направления ветра).
- блок радиационного контроля.
Станция укомплектована в основном приборами и оборудованием, производимым в России. Приборное обеспечение станции позволяет измерять и контролировать следующие параметры:сероводород, аммиак, диоксид азота, оксид углерода, диоксид серы в воздухе; содержание углеводородных газов в пробах воздуха; фенол в пробах воды; нефтепродукты в пробах воды и почвы; фосфаты, хлориды, сульфиды в пробах воды; ионный состав и рН воды; тяжелые металлы в пробах воды и почвы; метеопараметры; интенсивность гамма-излучения.
Блок измерения качества воды обеспечивает измерение содержания различных ингредиентов в следующих диапазонах: сульфаты 50-300 мг/л; хлориды 11-3500 мг/л; нитриты 0,46-4600 мг/л; нитраты 0,31-6200 мг/л; кислород 0-19 мг/л; карбонаты и бикарбонаты 5,0-5000 мг/л; железо 0,1-1,5 мг/л; нефтепродукты 2-500 мг/л.
Процесс экологического мониторинга окружающей среды осуществляется в несколько этапов.
Сначала производится отбор проб и подготовка их к анализам. Для этого лаборатория укомплектована пробоотборниками, емкостями для хранения проб, оборудованием для подготовки к анализам (устройства очистки и осушки воздуха, фильтры и магнитные мешалки для воды, сита для проб почвы, химическая посуда и реактивы).
Затем осуществляется приборный анализ качества воды, воздуха и почвы. Показания приборов, подключенных к персональному компьютеру, фиксируются и обрабатываются с использованием специально разработанной компьютерной программы экологического мониторинга. Результатом работы программы является общая картина экологического состояния контролируемого участка, района.
Мобильность и автономность станции позволяет оценивать состояние экологической обстановки на участках, достаточно удаленных друг от друга, и таким образом оценивать ситуацию в достаточно больших районах. К контролируемым районам могут относиться города, сельские районы, промышленные зоны, предприятия нефтегазодобывающего комплекса, ТЭЦ, окрестные зоны нефтегазопродуктопроводов, пункты сбора и первичной подготовки нефти и т.д.
Станция СЭМ-1 оборудована автономным генератором электроэнергии и системой жизнеобеспечения, включающей обогреватели, кондиционер, вентиляторы, осветительные приборы, мебель, холодильник, СВЧ-печь. Кузов станции, внутри которого расположена лаборатория, выполняется металлическим, утепленным, с входной дверью и двойными окнами.
Заключение
Современный экологический кризис ставит под угрозу возможность устойчивого развития человеческой цивилизации. Дальнейшая деградация природных систем ведет к дестабилизации биосферы, утрате ее целостности и способности поддерживать качества окружающей среды, необходимые для жизни. Преодоление кризиса возможно только на основе формирования нового типа взаимоотношений человека и природы, исключающих возможность разрушения и деградации природной среды.
Устойчивое развитие Российской Федерации, высокое качество жизни и здоровья ее населения, а также национальная безопасность могут быть обеспечены только при условии сохранения природных систем и поддержания соответствующего качества окружающей среды. Для этого необходимо формировать и последовательно реализовывать единую государственную политику в области экологии, направленную на охрану окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. Сохранение и восстановление природных систем должно быть одним из приоритетных направлений деятельности государства и общества. Россия играет ключевую роль в поддержании глобальных функций биосферы, так как на ее обширных территориях, занятых различными природными экосистемами, представлена значительная часть биоразнообразия Земли. Масштабы природно-ресурсного, интеллектуального и экономического потенциала Российской Федерации обусловливают важную роль России в решении глобальных и региональных экологических проблем.
Из всего выше сказанного, следует вывод о необходимости совершенствования системы природопользования в нашей стране. Сохранение природы и улучшение окружающей среды - приоритетные направления государства и общества. Задачами, требующими скорейшего разрешения, являются создание единой государственной структуры, осуществляющей экологический мониторинг, и стимулирование исследовательской деятельности в области химического анализа компонентов окружающей среды вкупе с социальными программами, призванными информировать нацию о насущных экологических проблемах.
Список используемой литературы
1. Официальный сайт государственной службы охраны окружающей природной среды России - http://www.eco-net.ru/
2. Кузнецов В.В. Химические основы экологического мониторинга, 1999; Химия.
3. Курапов А. А. Научные основы охраны природной среды Северного Каспия при освоении нефтегазовых месторождений. // «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе», 2005, №7, с. 21-27.
4. Иванов А., Островский А. Применение средств космической радиолокации для мониторинга морской добычи и транспортировки нефти. // «Технологии ТЭК», 2003, №6, с. 58-64.
5. Голованов Н.В., Князев А.А., Пугин А.М., Шайдаков В.В. Передвижная станция оперативного экологического мониторинга.// Проблемы прогнозирования, предотвращения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Материалы II Всероссийской научно-практической конф. Уфа.: 2001.-С.77-80.
